Sichtsystem sieht durch Wolken und Nebel

Forscher haben ein System entwickelt, das durch Wolken und Nebel hindurchsehen kann. Sie erweiterten das System um einen Algorithmus, der dreidimensional verborgene Szenen basierend auf der Bewegung einzelner Lichtteilchen oder Photonen rekonstruieren kann. In Tests rekonstruierte das System erfolgreich Formen, die von 1" dickem Schaumstoff verdeckt wurden. Für das menschliche Auge ist es, als würde man durch Wände sehen.

Diese Technik ergänzt andere Sichtsysteme, die durch Barrieren im mikroskopischen Maßstab sehen können – für Anwendungen in der Medizin –, da sie sich mehr auf großräumige Situationen wie das Navigieren selbstfahrender Autos bei Nebel oder starkem Regen und Satellitenaufnahmen der Erdoberfläche konzentriert und andere Planeten durch dunstige Atmosphäre.

Um durch Umgebungen zu sehen, die Licht streuen, kombiniert das System einen Laser mit einem superempfindlichen Photonendetektor, der jedes Bit des Laserlichts aufzeichnet, das darauf trifft. Wenn der Laser ein Hindernis wie eine Schaumwand scannt, schafft es ein gelegentliches Photon, den Schaum zu passieren, die dahinter verborgenen Objekte zu treffen und durch den Schaum zurück zum Detektor zu gelangen. Die algorithmusgestützte Software verwendet dann diese wenigen Photonen – und Informationen darüber, wo und wann sie auf den Detektor treffen – um die verborgenen Objekte in 3D zu rekonstruieren.

Dies ist nicht das erste System mit der Fähigkeit, versteckte Objekte durch streuende Umgebungen aufzudecken, aber es umgeht Einschränkungen, die mit anderen Techniken verbunden sind; Einige erfordern zum Beispiel Wissen darüber, wie weit das interessierende Objekt entfernt ist. Es ist auch üblich, dass diese Systeme nur Informationen von ballistischen Photonen verwenden, die Photonen sind, die sich durch das Streufeld zu und von dem verborgenen Objekt bewegen, ohne dabei tatsächlich gestreut zu werden.

Um ihren Algorithmus für die Komplexität der Streuung geeignet zu machen, mussten die Forscher ihre Hard- und Software eng zusammen entwerfen, obwohl die von ihnen verwendeten Hardwarekomponenten nur geringfügig fortschrittlicher sind als das, was derzeit in autonomen Autos zu finden ist. Abhängig von der Helligkeit der versteckten Objekte dauerte das Scannen in ihren Tests zwischen einer Minute und einer Stunde, aber der Algorithmus rekonstruierte die verdeckte Szene in Echtzeit und konnte auf einem Laptop ausgeführt werden.

Eines Tages könnte ein Nachkomme dieses Systems durch den Weltraum zu anderen Planeten und Monden geschickt werden, um dabei zu helfen, durch eisige Wolken zu tieferen Schichten und Oberflächen zu sehen. Kurzfristig möchten die Forscher mit verschiedenen Streuumgebungen experimentieren, um andere Umstände zu simulieren, in denen diese Technologie nützlich sein könnte.